本发明专利技术公开了一种含有有机聚合物电子助剂的负载型Au催化剂及其制备方法和应用，该负载型Au催化剂是以TiO2为载体、聚苯胺为电子给予体和Au纳米粒子为活性组分的高分散负载型催化剂。本发明专利技术从电子助剂的角度来提高Au催化剂室温下可见光催化氧化CO性能，先在TiO2半导体氧化物载体上原位聚合PANI制得TiO2-PANI载体；而后沉积沉淀负载具有可见光LSPR响应的Au纳米粒子；最后在CO催化氧化的反应体系中引入可见光照。此PANI电子助剂的引入与光热耦合的方法简单易行，有利于在空气中CO的脱除和燃料电池中富氢气氛下CO的去除及CO2的转化中得到应用。
【技术实现步骤摘要】
一种含有有机聚合物电子助剂的负载型Au催化剂
本专利技术属于可见光催化氧化CO脱除领域，具体涉及导电聚合物聚苯胺在Au/Ti02体系中显现的电子助剂的作用和通过光热耦合作用来提高Au催化剂催化氧化CO去除的方法。
技术介绍
CO是一种易燃、易爆的气体污染物。烃类的不完全燃烧排放气、矿井中的气体和家用煤气灶的排放气等，均含有大量一氧化碳。当空气中CO含量为2.0 X IO^5 mol/L时，两小时之内人就会出现头晕和呕吐现象；当含量达到1.2 %时，会在1-3 min内致人死亡。对于CO的脱除，现已成为主要的环境问题之一，引起了人们的普遍关注。 通常在一般条件下，CO氧化脱除需要的温度高，能耗大，而且还可能会发生爆炸事故。传统的常用净化CO的方法有物理方法和化学方法，其中物理方法有变压吸附法、高温金属膜分离、低温聚合物膜分离、溶剂吸收法；但是由于CO的净化设备要求温度低、重量轻、体积小、操作方便、工艺简单、连续工作等特点，故物理净化方法不易采用。而化学净化CO的方法有:低温变换反应法、甲烷化反应法、催化氧化反应法。低温变换反应法是将CO与水蒸汽反应转化为CO2的反应，其优点是将CO转化成CO2的同时生成了氢气。缺点是该反应的速率相对较慢，要达到满意的转化率需要足够大的反应器。同时由于反应平衡浓度的限制，出口 CO的含量也很难达到10_5级的要求。甲烷化反应法是将CO和H2转化为甲烷的反应。CO的甲烷化技术研究已经相当成熟。但由于发生甲烷化反应需要消耗大量的氢，因此甲烷化反应法受到实际应用的限制。因此，研究低(常)温(<100°C )C0催化氧化对消除CO的污染更具有实际意义。随着社会的发展和人们生活水平的提高，CO低(常)温氧化脱除技术的应用也越来越广泛，在许多方面都有重要的使用价值，如空气净化器、CO气体传感器、CO2激光器中气体的纯化、CO防毒面具、呼吸用气体净化装置以及密闭系统内CO的消除等方面都具有较高的实用价值。(David R.Schryer , Billy T.Upchurch , Barry D.Sidney , Kenneth G.Brown,Gur B.Hoflund , Richard K.Herz./.Catal.1991 , 130 (I): 314-317; Y.Yuan ,A.P.Kozlova , K.Asakura , Wan HL , Tsai K, Iwasawa Y.J.Catal? 1997, 170:191-199)另外，随着燃料电池电动车的发展，通过水蒸汽重整法和部分氧化法制得的富氢气体中CO的含量通常约0.5~2 (mol)%,因氢燃料电池电极材料一般为Pt，富氢气体中CO的含量必须控制在10_5以下，微量的CO易使其中毒，同时参与竞争氧的反应从而大幅度降低燃料电池的利用率。因此实现低温CO的催化氧化也显得迫切需要。目前，国内外专家学者大都进行的是热催化氧化CO的研究，对其研究已证明贵金属如Pd，Au, Ag, Rh和Pt等负载的氧化物(如Al2O3, SiO2, TiO2)是一类优良的催化剂。(Nattaya Comsup, Joongjai Panpranot, Piyasan Praserthdam.Catal Commun, 2010,11: 1238 - 1243; Huaqing Zhu, Zhangfeng Qin, Wenjuan Shan, Wenjie Shen, JianguoWang./ Catal, 2005, 233: 41 - 50.)其中，备注关注的是以Au负载的催化剂拥有很好的低温氧化CO的活性，但其存在稳定性差、易失活的缺点。尽管反应气中一定H2的存在可以提高催化氧化CO的活性和稳定性，却会引起H2的氧化而使其选择性不高。因此，如何实现在常温条件下提高Au催化剂高效、低成本的催化氧化CO，迄今为止仍然是研究的热点问题之一。在此，电子敏化物种可能的作用一是稳定金粒或通过改变金粒子的形状和分散性来提高金粒子的反应活性；二可能是通过电子转移来改变金粒子和载体的电子分布。专利技术是考虑在Au/Ti02催化剂中引入良性电子给予体PANI，这一电子给予体会对载体TiO2及Au的表面电子密度产生影响从而改变催化氧化CO的活性。
技术实现思路
本专利技术是通过导电聚合物聚苯胺(PANI)作为电子助剂及光热耦合作用来提高Au/Ti02在可见光下催化氧化CO的性能。其目的在于提高此类催化剂的低温活性。本专利技术针对常规的Au负载型催化剂需在较高温度下才能催化氧化CO的问题，选择在具有可见光促作用的Au/TiOjt化剂上(刘军峰.可见光照对负载型纳米Au催化氧化CO的作用研究[硕士论文].福州大学光催化研究所，2011)负载PANI来制备Au/Ti02_PANI负载型催化剂。在反应前导电聚合物聚苯胺(PANI)单纯作为电子助剂和在反应过程中引入可见光照，从而显著提高其催化氧化CO的性能，大大降低了催化剂的使用温度，减小了能耗，且该催化剂制备方法简单易行，有利于推广应用。本专利技术是通过如下技术方案实施的: 先制得PANI修饰的负载型Au/Ti02催化剂，而后考察可见光照的引入前后在负载型Au催化剂CO催化氧化的反应体系中的作用。上述反应体系为常压连续流动装置，该常压连续流动装置包括带有进气口和出气口的石英玻璃反应器，所述石英玻璃反应器的内腔装填有负载型Au催化剂，所述石英玻璃反应器周侧设置有循坏冷凝水装置及用于激发Au产生等离子共振效应和PANI上苯环、醌环和共轭N的轨道到Z轨道的电子跃迁的带滤光片(490 nm-760 nm)的氙灯装置，所述氙灯装置发出的光能够透过玻璃反应器到达负载型Au催化剂表面。所述的负载型Au催化剂是以TiO2为载体、聚苯胺为电子给予体和Au纳米粒子为活性组分的高分散负载型催化剂。负载型Au催化剂中活性组分Au的含量为0.1?5 wt%。制备方法包括以下步骤: (1)利用溶胶凝胶法制得TiO2载体； (2)在TiO2载体上用过硫酸铵氧化原位聚合聚苯胺； (3)利用沉积沉淀法在步骤(2)制得的聚苯胺修饰的TiO2载体上负载活性组分Au，制得负载型Au催化剂。具体步骤如下:将二氧化钛溶胶(ZL 98115808.0)在60?100 °C下烘干，得到的固凝胶热处理2?6 h，研磨后即得TiO2 ;将成型的TiO2载体置于苯胺的盐酸溶液中，不断搅拌下加入过硫酸铵溶液，在室温下搅拌2?7 h，离心、用去离子水洗去多余离子后，60?100°C真空干燥，得聚苯胺修饰的TiO2载体；将聚苯胺修饰的TiO2载体与HAuCl4溶液混合，得到的Au前驱体用0.5?1.5 mol/L NaOH溶液调节pH值为8?12，而后离心、洗涤，60?100°C烘干；将烘干物置于含NaOH的NaBH4溶液中，室温下搅拌2?7 h，最后60?100°C干燥，即制得负载型Au催化剂。所述的HAuCl4溶液中Au的质量浓度为0.005?0.02 g/mL ;所述的含NaOH的NaBH4 溶液中，NaBH4 的浓度为 0.1 ?0.25 mol/L, NaOH 的浓度为 0.1 ?0.25 mol/L。所述的负载型Au催化剂应用于空气中CO的脱本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含有有机聚合物电子助剂的负载型Au催化剂，其特征在于：以TiO2为载体、聚苯胺为电子给予体和Au纳米粒子为活性组分、且活性组分高度均匀分散在载体表面的负载型催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种含有有机聚合物电子助剂的负载型Au催化剂，其特征在于:以TiO2为载体、聚苯胺为电子给予体和Au纳米粒子为活性组分、且活性组分高度均匀分散在载体表面的负载型催化剂。2.根据权利要求1所述的含有有机聚合物电子助剂的负载型Au催化剂，其特征在于:负载型Au催化剂中活性组分Au的含量为0.1?5 wt%03.一种制备如权利要求1所述的含有有机聚合物电子助剂的负载型Au催化剂的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)利用溶胶凝胶法制得TiO2载体； (2)在TiO2载体上用过硫酸铵氧化原位聚合聚苯胺； (3)利用沉积沉淀法在步骤(2)制得的聚苯胺修饰的TiO2载体上负载活性组分Au，制得负载型Au催化剂。4.根据权利要求3所述的含有有机聚合物电子助剂的负载型Au催化剂的制备方法，其特征在于:将成型的TiO2载体置于苯胺的盐酸溶液中，不断搅拌下加入过硫酸铵溶液，在室温下搅拌2?7 h，离心、用去离子水洗去...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴文新，杨凯，陈旬，王绪绪，刘平，付贤智，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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